Corex

Der Corex-Prozess ist ein Verfahren zum Herstellen von flüssigem Roheisen. Im Gegensatz zum Hochofenprozeß wird kein Hochofenkoks benötigt, der besondere Anforderungen an die eingesetzte Kohle stellt.

Der Corex-Prozess wurde von der VOEST-Alpine Industrieanlagenbau (VAI) entwickelt. Die erste industrielle Corex-Anlage wurde 1989 bei ISCOR in Südafrika errichtet (Kapazität ca. 300.000 t/a). Mittlerweile ist eine zweite Corex-Anlage bei POSCO in Südkorea mit 600.000 t/a erfolgreich in Betrieb gegangen. Weitere Anlagen sind in Planung bzw. in Bau.

Verfahrensbeschreibung

Der Corex-Prozess ist ein zweistufiges Schmelzreduktionsverfahren („smelting-reduction“), in dem Roheisen auf Basis nicht verkokter Kohle und Eisenerzen hergestellt werden kann. Ziel des Schmelzreduktionsverfahren ist es, durch die Kombination von Schmelzprozess, Kohlevergasung und Direktreduktion flüssiges Eisen zu erzeugen, dessen Qualität dem Hochofenroheisen entspricht. Die Schmelzreduktion kombiniert den Prozess der Direktreduktion (Vorreduktion von Eisen zu Eisenschwamm) mit einem Schmelzprozess (Hauptreduktion). Der Prozess läuft also zweistufig in getrennten Aggregaten ab. Zuerst werden die Erze zu Eisenschwamm reduziert, im zweiten Schritt erfolgt die Endreduktion und das Aufschmelzen zu Roheisen. Die für den Schmelzvorgang nötige Energie liefert die Verbrennung von Kohle (nicht verkokt). Dabei entstehen große Mengen Kohlenmonoxid als Abgas, das als Reduktionsgas genutzt wird.

Grundprinzip

Stückerze, Sinter, Pellets oder deren Mischungen werden in einem Reduktionsschacht im Gegenstrom mit dem prozesseigenen Reduktionsgas auf ca. 90 % metallisiert und über Austragsschnecken in den darunter angeordneten Einschmelzvergaser gefördert. In diesem laufen neben der Restreduktion und dem Einschmelzen des Eisenschwammes die notwendigen metallurgischen Metall- und Schlackenreaktionen ab. Roheisen und Schlacke werden wie beim Hochofen abgestochen. Untersuchungen an der Corex-Schlacke haben keine prinzipiellen Unterschiede zur HO-Schlacke ergeben.

Das Gichtgas des Reduktionsschachtes – Topgas – kann nach Reinigung und Kühlung in einem Wäscher als sogenanntes Exportgas für energetische und metallurgische Zwecke genutzt werden. Das Corex-Exportgas zeichnet sich durch einen mittleren Heizwert (Hu=7.000 kJ/Nm3) und hohe Reinheit aus (Staub 5-10 mg/Nm3).

Gleichzeitig erfolgt im Kopf des Einschmelzvergasers die Vergasung der Kohle mit Sauerstoff. Nach dem Entwässern und der Entgasung bildet sich im Einschmelzvergaser ein Festbett aus Schwelkoks (char). Das entstehende heiße Prozessgas (ca. 1.000 °C) besteht vorwiegend aus CO, H2 und ist mit Feinstaub beladen. Dieses Rohgas wird nach Kühlung und Entstaubung (Heißzyklon) dem Reduktionsschacht als Reduktionsgas zugeführt. Der abgeschiedene Staub aus dem Zyklon wird wieder in den Einschmelzvergaser eingebracht.

Vor- und Nachteile gegenüber dem Hochofen

• Das wesentliche Problem ist die große Menge des anfallenden brennbaren Corexgases, das verwertet werden muß, um den Prozeß kostengünstig zu betreiben. Die große anfallende Menge lässt sich schlecht in ein gewachsenes Hüttenwerk integrieren. Deshalb gibt es gegenwärtig kein Corex Ofen in Europa.
• Einsatz von nicht verkokter Kohle und damit Substitution der Kokerei als einer der wesentlichen Emissionsquellen eines Hüttenwerkes
• Bei den hohen Entgasungstemperaturen (>1.000 °C) von Kohle im Einschmelzreaktor werden organische Verbindungen vollständig in ihre Grundkomponenten (CO, CO2, H2) zerlegt, sowie organische Schwefelverbindungen in anorganische umgewandelt (H2S, COS). Diese gasförmigen Schwefelverbindungen werden nahezu quantitativ im Eisenschwamm und den Zuschlagstoffen gebunden und im folgenden Einschmelzvergaser in die Schlacke eingebunden und somit inertisiert.
• Die höhere Flexibilität hinsichtlich des Einsatzes von Eisenträgern.
• Die Anlagenflexibilität hinsichtlich der Fahrweise (problemloses Absenken der Kapazität, Ab- und Anfahren der Anlage).

Einsatz von Reststoffen und Abfällen

Wie im Hochofenprozeß auch, können metallurgische Reststoffe und Abfälle aus Hüttenwerken im Corex-Prozess eingesetzt werden. Dazu zählen oxidische, metallische und auch kohlenstoffhaltige Materialien. Beispielsweise werden Feinstäube und Walzzunder mit Bindematerialien kalt brikettiert und anschließend dem Reduktionsschacht zugeführt. Schlämme aus der Abgasreinigung (z. B. Gichtgasschlämme) werden pelletiert und zusammen mit Kohlenstaub in den Einschmelzvergaser eingebracht. Auch prozesseigene Schlämme können auf diese Weise rück geführt werden. 10 % der Pellets werden bei direkter Rückführung ausgeschleust, um eine Anreicherung von Schwermetallen zu vermeiden. Nicht in den Corex-Prozess eingeschleust werden können stark mit Alkalien oder Zink belastete Reststoffe (z. B. Stahlwerksstäube), da sie die Funktionsfähigkeit der Anlage einschränken würden. Dies gilt in Analogie zum HO-Prozeß.